Ytterbium in water: voorkomen, chemie, verwijdering en terugwinning

Ytterbium (Yb) kan in water terechtkomen via mineralen met zeldzame aardmetalen en via processtromen uit de winning, raffinage en recycling van zeldzame aardmetalen. Voor waterbehandelingsingenieurs is de eerste vraag of het aanwezig is als opgelost ytterbium, als zwevende deeltjes of als beide. Dat onderscheid bepaalt, samen met de waterchemie, welke mogelijkheden voor scheiding en terugwinning het onderzoeken waard zijn.

Voorkomen en chemische vorm

Ytterbium komt samen met andere lanthaniden voor in mineralen zoals monaziet. In proceswater kan het in opgeloste vorm aanwezig zijn of worden meegevoerd door zwevende minerale deeltjes en vaste stoffen uit het proces. Een meetresultaat voor totaal ytterbium alleen geeft niet aan hoeveel door deeltjesfiltratie kan worden verwijderd.

Yb(III) is onder normale omstandigheden de overheersende oxidatietoestand, hoewel Yb(II) in bepaalde chemische systemen voorkomt. De verdeling tussen opgeloste chemische vormen en vaste stoffen hangt af van de pH en van stoffen die ytterbium binden, waaronder opgeloste liganden. Veranderingen in deze omstandigheden kunnen de oplosbaarheid en het aandeel dat aan deeltjes is gebonden beïnvloeden. Ook andere zeldzame aardmetalen en opgeloste bestanddelen kunnen de scheiding beïnvloeden.

Zie voor de eigenschappen en toepassingen van het element de pagina over het element ytterbium.

Bemonstering en beoordeling van de behandeling

Vergelijk op de juiste wijze genomen ongefilterde en gefilterde monsters om onderscheid te maken tussen totaal ytterbium en operationeel gedefinieerd opgelost ytterbium. Leg bij de bemonstering de pH en relevante procesomstandigheden vast; filtratieresultaten hangen af van het gebruikte filter en geven op zichzelf geen uitsluitsel over afzonderlijke opgeloste chemische vormen. Analyse van ytterbium naast andere zeldzame aardmetalen, hoofdionen en stoffen die mogelijk complexen vormen, kan helpen bij de interpretatie van de resultaten. Analysemethoden zoals ICP-MS kunnen worden overwogen wanneer passende eisen aan de detectie en kwaliteitscontrole zijn vastgesteld.

Precipitatie en scheiding van vaste stoffen

Aanpassing van de pH kan de vorming van ytterbiumhoudende vaste stoffen bevorderen. Vervolgens kan worden beoordeeld of deze door bezinking en filtratie te verwijderen zijn. Het resultaat hangt af van de oorspronkelijke chemische samenstelling, concurrerende reacties en eventuele liganden die ytterbium in oplossing houden. Laboratoriumproeven moeten uitwijzen of binnen een praktisch toepasbaar werkgebied scheidbare vaste stoffen ontstaan en wat er in het behandelde water achterblijft.

Ionenwisseling en membranen

Ionenwisseling kan worden beoordeeld voor opgelost ytterbium, met aandacht voor de selectiviteit van de hars, concurrerende ionen, de chemische samenstelling van het voedingswater en de samenstelling van de regeneraatstroom. Membraanprocessen kunnen worden onderzocht om opgeloste ytterbiumhoudende bestanddelen te concentreren, maar de prestaties hangen af van het gekozen membraan en de samenstelling van de voeding. Zwevende vaste stoffen en de kans op vervuiling zijn voor beide benaderingen relevant; zonder tests onder representatieve omstandigheden mag geen verwijderingspercentage worden verondersteld.

Terugwinning en reststromen

Als terugwinning het doel is, beoordeel dan de ytterbiumconcentratie en de aanwezige andere elementen in verzamelde vaste stoffen, ionenwisselingseluaat of membraanconcentraat. Of deze geschikt zijn voor verdere scheiding, hangt af van hun samenstelling en het beoogde vervolgproces. Houd bij de planning van de behandeling ook rekening met het volume en de samenstelling van deze reststromen en met de juiste verwerking ervan.

Een zinvolle beoordeling combineert daarom metingen van opgelost en totaal ytterbium, gegevens over de waterchemie en representatieve scheidingsproeven voordat een behandelings- of terugwinningstraject wordt gekozen.